Domotica Zigbee: cos'è e come funziona

Domotica Zigbee: cos’è e come funziona

Domotica Zigbee: cos’è, come funziona, vantaggi e svantaggi delle principali le tipologie di dispositivi presenti sul mercato.

Leggi anche LIDL domotica Zigbee.

Zigbee: cos’è?

Zigbee è un protocollo utilizzato per collegare in una rete wireless dispositivi intelligenti per la domotica come lampadine, prese, interruttori, serrature, sensori e comandi.

Normalmente si collega la rete Zigbee ad un hub gateway che fa da ponte verso internet, abilitando la domotica a servizi in cloud, applicazioni ed il controllo remoto mediante smartphone, Alexa e Google Home.

Questo standard è per certi versi simile ad altri protocolli wireless come Z-Wave, WiFi e Bluetooth che implementano reti relativamente sicure e consentono la gestione remote mediante un hub gateway.

Vediamo in questa tabella sintetica vantaggi e svantaggi di ciascuna soluzione:

WiFiZ-WaveZigbeeBluetooth LE
Lancio1997200320032010
StandardIEEE 802.11.1ITU-T G.9959IEEE 802.15.4IEEE 802.15.1
Banda2,4 GHz900 MHz2,4 GHz2,4 GHz
Copertura100 m30÷100 m10÷100 m30 m
Velocità54 Mb/s40÷100 kb/s250 kb/s1 Mb/s
TopologiaStarMeshMeshScatternet
ConsumoAltoBassoBassoBasso
WiFi AllianceZ-Wave AllianceZigbee AllianceBluetooth SIG

Come funziona la domotica Zigbee?

I dispositivi per la domotica Zigbee comunicano tra di loro utilizzando un ricetrasmettitore radio su chip. Vediamone le caratteristiche principali:

  • Questi microprocessori implementano il protocollo IEEE 802.15.4 su una frequenza di 2,4 GHz (che è la stessa banda utilizzata da WiFi e Bluetooth)
  • La portata all’interno di un’abitazione è di soli 10-20 metri poiché viene utilizzata una potenza decisamente inferiore
  • Ogni dispositivo può comunicare con tutti gli altri dispositivi per la domotica Zigbee della rete
  • Ogni dispositivo per la domotica Zigbee utilizza il medesimo standard di comunicazione che assicura la compatibilità con versioni precedenti e successive
  • I dispositivi Zigbee possono comunicare col nodo successivo della rete: questo assicura il collegamento ad un hub gateway centrale unico anche quando non fosse raggiungibile direttamente da tutti i nodi della rete
Domotica con dispositivi compatibili Zigbee
Rete Zigbee mesh per la domotica

Ho estrapolato i chip utilizzati nei modelli di hub gateway più popolari per metterli a confronto:

Hub GatewayProduttoremodello
Philips Hue Bridge 2.0MicrochipATSAMR21E18A
Phoscon ConBee IIMicrochipATSAMR21B18
Xiaomi Mijia Smart Home Gateway Hub V3SIlicon LabsEFR32MG1
Hub gateway Zigbee Tuya Smart LifeSIlicon LabsEFR32MG13
Sonoff ZBBridgeSIlicon LabsEFR32MG21

Come vedete i produttori di chip effettivamente utilizzati si contano su due dita: questo dovrebbe aumentare ulteriormente il livello di compatibilità.

Rete mesh

In una rete mesh gli elementi possono assumere il ruolo di ripetitore: anziché rispedire i dati alla sorgente esso copia ed inoltra i dati a tutti i nodi che sono nella sua portata radio.

Una rete mesh è resiliente: se un nodo dovesse diventare indisponibile il protocollo Zigbee risolverebbe automaticamente instradando i dati attraverso gli altri nodi disponibili.

Come vedremo tra poco solo Coordinator e Router possono svolgere il ruolo di ripetitori.

Topologie rete Zigbee

Componenti di una rete Zigbee

Le reti Zigbee prevedono tre tipi di ruolo per i dispositivi che ne fanno parte:

  • Coordinator
  • Router
  • End-Device
blank

Esistono software, come ad esempio deCONZ, che permettono di effettuare la scansione di una rete e rappresentarla graficamente:

Rete Zigbee con deCONZ
deCONZ

Coordinator

Ogni rete ha bisogno di un amministratore, ovvero lo Zigbee coordinator (ZC):

  • crea ed imposta la rete
  • ce n’è uno per rete
  • coincide normalmente con l’hub gateway verso internet
  • permette di assegnare i permessi, di accedere alla rete e coordina la Personal Area Network (PAN)

Per approfondire leggi il mio articolo sui migliori modelli di hub Zigbee universale e sul Sonoff ZBBridge.

Router

Tutti i dispositivi con funzionalità complete che sono alimentati, non a batteria, agiscono come Zigbee router (ZR) ritrasmettendo il segnale (a meno che non siano esplicitamente configurati con un altro ruolo).

Gli esempi di Zigbee router più ovvi nella domotica sono lampadine, prese smart ed interruttori. Esistono anche dei ripetitori puri.

Leggi anche il mio articolo su lampadine WiFi e Zigbee e sull’interruttore Sonoff Basic ZBR3.

End-Device

I dispositivi con funzionalità ridotte, alimentati a batteria, agiscono come Zigbee End-Device (ZED) non ritrasmettendo i dati e non comunicano tra di loro.

Uno End-Device comunica esclusivamente con i Router e col Coordinator. Un esempio sono i sensori.

Leggi anche il mio articolo sui sensori di movimento WiFi e Zigbee.

Perché utilizzare Zigbee per la domotica?

Per quanto non sia necessariamente la tecnologia per la domotica migliore in assoluto, ci sono diversi aspetti da valutare.

Vantaggi

CompatibilitàTutti i dispositivi possono comunicare tra di loro ma l’interoperabilità non è garantita senza un hub.
Telecomandi miglioriPotete usarli ovunque in casa, a differenza di un telecomando radio o ad infrarossi.
CloudGrazie alla connessione ad internet mediante un hub potrete controllare i device ovunque voi siate, nonché raccogliere dati, realizzare automazioni, condividere con altri utenti.
SicurezzaTutte le comunicazioni sono sempre cifrate mediante chiavi AES a 128-bit.
Affidabilità reteIn caso di indisponibilità di un nodo le comunicazioni vengono reindirizzate sul resto della rete.
ConsumiI consumi energetici in standby sono molto bassi, riducendo la spesa elettrica ed allungando la vita delle batterie dei sensori.
CostoRisparmio fino al 50% rispetto ad un dispositivo Z-Wave.

Svantaggi

HubE’ sempre necessario acquistarlo per gestire i dispositivi mediante smartphone, Alexa e Google Home.
CoperturaSe non si aggiungono dispositivi ulteriori, l’area coperta è limitata.
Prodotti disponibiliPer quanto in notevole espansione, non tutti i dispositivi per la domotica supportano questo protocollo.

Come cominciare con la domotica Zigbee

Provare un sistema di domotica basato su Zigbee è molto semplice:

  1. Acquista un hub gateway
  2. Scegli i tuoi dispositivi smart, tenendo in considerazione le dimensioni delle stanze e cercando di averne almeno uno ogni 10 metri
  3. Configura il tuo hub
  4. Alimenta ed associa all’hub gateway i tuoi dispositivi

Il gioco è fatto: più facile a farsi che a dirsi.

Compatibilità dei dispositivi

La prima sorgente di informazione rispetto al livello di compatibilità di un dispositivo è il sito ufficiale Zigbee Certified Products.

C’è anche l’interessantissimo database pubblico Zigbee Device Compatibility Repository, aggiornatissimo per quanto non ufficiale, che contiene le informazioni base relative alla compatibilità di molti dispositivi disponibili sul mercato con sistemi di domotica open source.

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